JP2021032220A - Cross flow fan, lift generating device comprising the same, and aircraft comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、クロスフローファン、これを備えた揚力発生装置およびこれを備えた航空機に関するものである。 The present disclosure relates to a cross-flow fan, a lift generator equipped with the cross-flow fan, and an aircraft equipped with the same.
特許文献1には、航空機の機体表面の上流側の境界層を吸い込むことによって揚力を向上させるクロスフローファンが開示されている。 Patent Document 1 discloses a cross-flow fan that improves lift by sucking in the boundary layer on the upstream side of the airframe surface of an aircraft.
クロスフローファンは、プロペラファンなど他のファンに比べて風圧及び風量を確保するのが困難であるという課題を有する。この課題を解決するために、ファン直径を大きくしたり、回転数を上昇させたりすることが考えられる。
しかし、ファン直径を大きくするとクロスフローファンを配置するスペースの制約を受けることがあり、回転数を上昇させると消費動力の増大を招くことになる。
The cross-flow fan has a problem that it is difficult to secure the wind pressure and the air volume as compared with other fans such as a propeller fan. In order to solve this problem, it is conceivable to increase the fan diameter or increase the rotation speed.
However, if the fan diameter is increased, the space for arranging the cross flow fan may be restricted, and if the rotation speed is increased, the power consumption will be increased.
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、直径を大きくすることなく風圧や風量を増大することができるクロスフローファン、これを備えた揚力発生装置およびこれを備えた航空機を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and is a cross-flow fan capable of increasing wind pressure and air volume without increasing the diameter, a lift generator equipped with the cross-flow fan, and an aircraft equipped with the cross-flow fan. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本開示のクロスフローファンは、回転軸線の回りに周方向に所定間隔を空けて配置された複数のベーンと、前記ベーンの外周側に配置された舌部と、前記ベーンの内周側でかつ前記回転軸線よりも前記舌部側に設けられ、前記回転軸線と平行な中心軸線の周りに回転する回転円筒体と、前記回転円筒体を、前記回転軸線側を流れる流れに沿う方向に回転させる回転円筒体駆動部と、を備えている。 In order to solve the above problems, the cross-flow fan of the present disclosure includes a plurality of vanes arranged around the rotation axis at predetermined intervals in the circumferential direction, and a tongue portion arranged on the outer peripheral side of the vanes. A rotating cylinder provided on the inner peripheral side of the vane and on the tongue side of the rotating axis and rotating around a central axis parallel to the rotating axis, and the rotating cylinder on the rotating axis side. It is provided with a rotating cylindrical body drive unit that rotates in a direction along the flow.
ベーンの内周側に回転円筒体を設けることとしたので、直径を大きくすることなく風圧や風量を増大することができる。 Since the rotating cylinder is provided on the inner peripheral side of the vane, the wind pressure and the air volume can be increased without increasing the diameter.
以下に、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、揚力発生装置として用いられるクロスフローファン3を備えた航空機1が示されている。
Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an aircraft 1 equipped with a
航空機1は、胴体5の両側部にそれぞれ主翼7を備えている。胴体5の後方には、水平尾翼8と垂直尾翼9を備えている。各主翼7には、それぞれ推進器としてターボジェットエンジン10が設けられている。各主翼7の前縁側には前縁フラップ7aが設けられ、各主翼7の後縁側には後縁フラップ7bが設けられている。
The aircraft 1 is provided with
クロスフローファン3の前方には、スロット状に形成された吸込口12が設けられ、クロスフローファン3の後方には、スロット状に形成された排出口13が設けられている。クロスフローファン3は、吸込口12から空気を吸い込み、排出口13から空気を排出する。吸込口12から空気を吸い込むことによって、主翼7の上面(外表面)を流れる境界層流れのはく離を抑制し、揚力の増大を図る。
A slot-
図2には、クロスフローファン3の横断面が示されている。なお、図2において破線は空気流れを示している。
クロスフローファン3は、壁部14によって形成された風路中に配置されている。
FIG. 2 shows a cross section of the
The
クロスフローファン3は、回転軸線C1の回りに周方向に所定間隔を空けて配置された複数のベーン15を備えている。各ベーン15は、図2の紙面垂直方向に同一断面を有して延在しており。各ベーン15は、リング形状とされた枠体19によって互いに接続されている。各ベーン15は、回転軸線C1を中心として回転方向R1(図2において反時計回り)に回転する。各ベーン15は、図1に示すように、ベーン駆動モータ(ベーン駆動部)21によって回転駆動される。ベーン駆動モータ21は、例えばクロスフローファン3の一端側(図1において右側の主翼7の右端側)に設けられる。
The
図2に示すように、各ベーン15の外周側には、舌部17が配置されている。舌部17は、主翼7の本体側に固定されている。
As shown in FIG. 2, a
各ベーン15の内周側でかつ回転軸線C1よりも舌部17側には、円柱体(回転円筒体)23が設けられている。円柱体23の中心軸線C2は、回転軸線C1と平行に設けられている。円柱体23は、図2の紙面垂直方向に延在しており、ベーン15の紙面垂直方向の長さと同等とされている。
円柱体23の直径は、周方向に隣り合うベーン15間の距離以下とされている。
円柱体23は、中心軸線C2を中心として回転方向R2(図2において反時計回り)に回転する。円柱体23の回転方向R2は、円柱体23から見て回転軸線C1側を流れる流れに沿う方向に回転させられる。円柱体23は、図1に示すように、円柱体駆動モータ(回転円筒体駆動部)25によって回転駆動される。円柱体駆動モータ25は、例えばクロスフローファン3の一端側(図1において右側の主翼7の左端側)に設けられる。
A cylindrical body (rotating cylindrical body) 23 is provided on the inner peripheral side of each
The diameter of the
The
次に、クロスフローファン3の動作について説明する。
図示しない制御部の指令によって、ベーン駆動モータ21が駆動され、各ベーン15が回転軸線C1回りに回転させられる。同様に制御部の指令によって、円柱体駆動モータ25が駆動され、円柱体23が中心軸線C2回りに回転させられる。
舌部17と円柱体23の作用によって、円柱体23の舌部17側に循環渦V1が形成される。循環渦V1は、図2において反時計回りに回転する。循環渦V1が形成されることによって、吸込口12側からクロスフローファン3を横切って排出口13へと向かう主流流れF1が形成される。
Next, the operation of the
A
By the action of the
以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
中心軸線C2の周りに回転する円柱体23を、各ベーン15の内周側でかつ回転軸線C1よりも舌部17側に設けることとした。これにより、循環渦V1の位置近傍に円柱体23を位置させることができる。そして、円柱体駆動モータ25によって、回転軸線C1側を流れる主流流れF1に沿う方向に円柱体23を回転させることとした。
これにより、循環渦V1と同様な作用を円柱体23に行わせることができる。また、円柱体23によって得られるマグナス効果によって、循環渦V1の領域が小さくなり、さらに風量を得ることができる。また、円柱体23を、回転軸線C1側を流れる主流流れF1に沿う方向に回転させるので、回転軸線C1側を流れる主流流れF1を強めて風圧を増加させることができる。
以上により、クロスフローファン3の直径を増大することなく風圧や風量を増大することができる。
The effects of the present embodiment described above are as follows.
A
As a result, the
As described above, the wind pressure and the air volume can be increased without increasing the diameter of the
円柱体23の直径をベーン15間の距離以下とすることによって、円柱体23の横断面を可及的に小さくした。これにより、循環渦V1の領域を小さく限定することができ、さらに風量を増加させることができる。
By making the diameter of the
ベーン駆動モータ21と円柱体駆動モータ25とを別々に設けることとしたので、ベーン15と円柱体23とを個別に回転制御することができる。
Since the
航空機1は、クロスフローファン3を用いた揚力発生装置を備えているので、従来のフラップのような揚力発生装置を省略して高揚力を実現することができる。
Since the aircraft 1 is provided with a lift generator using a
なお、上述した説明では、ベーン駆動モータ21と円柱体駆動モータ25とを別々に設けることとしたが、1つの共通駆動モータ(共通駆動部)27としてまとめても良い。具体的には、図1に示したように、左側の主翼7のクロスフローファン3の右端側に共通駆動モータ27を設ける。共通駆動モータ27から出力される回転駆動力は、ギア28によって各ベーン15と円柱体23とに分配される。
In the above description, the
また、上述した説明では、円柱体23を用いることとしたが、回転する円筒体形状とされていれば良い。
Further, in the above description, the
また、円柱体の外周面に凹凸が形成されていても良い。具体的には、図3に示すように、円柱体23’の外周面には、周方向に凹部30aと凸部30bとが交互に所定間隔で設けて歯車形状のようにすることができる。このように凹凸を設けることで、円柱体23の外周を円筒面とした場合に比べて、外周面の流体をより多く掻き取ることができ、循環渦の強さを増大させることができる。
Further, unevenness may be formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body. Specifically, as shown in FIG. 3,
また、図4A及び図4Bに示すように、複数のベーン32を備えた円柱体23”としても良い。具体的には、図4Aに示すように、中心軸線C2から半径方向外側に向かって延在するベーン32を周方向に所定間隔を空けて複数設ける。例えば、同図に示すように、4つのベーン32を90°毎に等角度間隔で設けても良い。ただし、ベーン32の枚数は4枚に限定されるものではない。
図4Bに示すように、各ベーン32の軸線方向における両端部には、各ベーン32を挟み込むように2つの円板34が設けられている。これら円板34によって各ベーン32が一体的に固定されている。
図4A及び図4Bに示した円柱体23”によれば、円柱体23の外周を円筒面とした場合に比べて、中心軸線C2周りに旋回する各ベーン32によって外周側に存在する流体をより多く掻き取ることができ、循環右図の強さを増大させることができる。
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, it may be a
As shown in FIG. 4B, two
According to the
また、上述した実施形態では、クロスフローファン3を航空機1に用いることとして説明したが、航空機1以外に、風車の翼のような空力機械の翼に適用することもでき、また水中翼船の翼のような水力機械の翼に適用することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the
以上説明した実施形態に記載のロスフローファン、これを備えた揚力発生装置およびこれを備えた航空機は、例えば以下のように把握される。 The loss flow fan, the lift generator provided with the loss flow fan, and the aircraft provided with the loss flow fan according to the above-described embodiment are grasped as follows, for example.
本開示の一態様に係るクロスフローファン(3)は、回転軸線(C1)の回りに周方向に所定間隔を空けて配置された複数のベーン(15)と、前記ベーン(15)の外周側に配置された舌部(17)と、前記ベーン(15)の内周側でかつ前記回転軸線(C1)よりも前記舌部(17)側に設けられ、前記回転軸線(C1)と平行な中心軸線(C2)の周りに回転する回転円筒体(23)と、前記回転円筒体(23)を、前記回転軸線(C1)側を流れる流れに沿う方向に回転させる回転円筒体駆動部(25)と、を備えている。 The cross flow fan (3) according to one aspect of the present disclosure includes a plurality of vanes (15) arranged around a rotation axis (C1) at predetermined intervals in the circumferential direction, and an outer peripheral side of the vanes (15). The tongue portion (17) arranged in the vane (15) is provided on the inner peripheral side of the vane (15) and on the tongue portion (17) side of the rotation axis (C1) and is parallel to the rotation axis (C1). A rotating cylinder (23) that rotates around the central axis (C2) and a rotating cylinder driving unit (25) that rotates the rotating cylinder (23) in a direction along a flow flowing on the rotation axis (C1) side. ) And.
クロスフローファンは、ベーンの内周側でかつ回転軸線の舌部側に循環渦を形成することによって、周方向に設けられた複数のベーンを交差するように送風を行う。中心軸線の周りに回転する回転円筒体を、ベーンの内周側でかつ回転軸線よりも舌部側に設けることとした。これにより、循環渦の位置近傍に回転円筒体を位置させることができる。そして、回転円筒体駆動部によって、回転軸線側を流れる流れに沿う方向に回転円筒体を回転させることとした。
これにより、循環渦と同様な作用を回転円筒体に行わせることができる。また、回転円筒体によって得られるマグナス効果によって、循環渦の領域が小さくなり、さらに風量を得ることができる。また、回転円筒体を、回転軸線側を流れる流れに沿う方向に回転させるので、回転軸線側を流れる主流の流れを強めて風圧を増加させることができる。
以上により、クロスフローファンの直径を増大することなく風圧や風量を増大することができる。
The cross-flow fan blows air so as to intersect a plurality of vanes provided in the circumferential direction by forming a circulating vortex on the inner peripheral side of the vanes and on the tongue side of the rotation axis. A rotating cylinder that rotates around the central axis is provided on the inner peripheral side of the vane and on the tongue side of the rotating axis. As a result, the rotating cylinder can be positioned near the position of the circulating vortex. Then, the rotating cylinder drive unit rotates the rotating cylinder in the direction along the flow flowing on the rotation axis side.
As a result, the rotating cylinder can be made to perform the same action as the circulating vortex. Further, due to the Magnus effect obtained by the rotating cylinder, the region of the circulating vortex becomes smaller, and the air volume can be further obtained. Further, since the rotating cylinder is rotated in the direction along the flow flowing on the rotation axis side, the mainstream flow flowing on the rotation axis side can be strengthened to increase the wind pressure.
As described above, the wind pressure and the air volume can be increased without increasing the diameter of the cross flow fan.
さらに、本開示の一態様に係るクロスフローファン(3)では、前記回転円筒体(23)の直径は、前記周方向に隣り合う前記ベーン(15)間の距離以下とされている。 Further, in the cross flow fan (3) according to one aspect of the present disclosure, the diameter of the rotating cylinder (23) is set to be equal to or less than the distance between the vanes (15) adjacent to each other in the circumferential direction.
回転円筒体の直径を、ベーン間の距離以下とした。このように回転円筒体の横断面を可及的に小さくすることで、循環渦の領域を小さく限定することができ、さらに風量を増加させることができる。 The diameter of the rotating cylinder was set to be less than or equal to the distance between the vanes. By making the cross section of the rotating cylinder as small as possible in this way, the region of the circulating vortex can be limited to a small size, and the air volume can be further increased.
さらに、本開示の一態様に係るクロスフローファン(3)では、前記回転円筒体駆動部(25)とは別に、前記ベーンを前記周方向に回転させるベーン駆動部(21)を備えている。 Further, the cross flow fan (3) according to one aspect of the present disclosure includes a vane drive unit (21) for rotating the vane in the circumferential direction, in addition to the rotating cylindrical body drive unit (25).
回転円筒体駆動部とは別にベーン駆動部を設けることで、回転円筒体とベーンとを個別に回転制御することができる。 By providing the vane drive unit separately from the rotary cylinder drive unit, the rotation of the rotary cylinder and the vane can be controlled individually.
さらに、本開示の一態様に係るクロスフローファン(3)では、前記回転円筒体(23)とともに前記ベーン(15)を前記周方向に回転させる共通駆動部(27)を備えている。 Further, the cross-flow fan (3) according to one aspect of the present disclosure includes a common drive unit (27) that rotates the vane (15) in the circumferential direction together with the rotating cylinder (23).
共通駆動部を用いて回転円筒体及びベーンを回転させても良い。これにより、駆動部を1つにまとめることができる。 The rotating cylinder and the vane may be rotated using the common drive unit. As a result, the drive units can be integrated into one.
さらに、本開示の一態様に係るクロスフローファン(3)では、前記回転円筒体(23’)の外周面には、凹凸が形成されている。 Further, in the cross flow fan (3) according to one aspect of the present disclosure, unevenness is formed on the outer peripheral surface of the rotating cylinder (23').
回転円筒体の外周面に凹凸を設けることで、外周面の流体を掻き取ることができる。これにより、循環渦の強さを増大させることができる。
凹凸形状としては、例えば、周方向に所定間隔で凹凸を形成した歯車形状などが挙げられる。
By providing unevenness on the outer peripheral surface of the rotating cylinder, the fluid on the outer peripheral surface can be scraped off. This makes it possible to increase the strength of the circulating vortex.
Examples of the concave-convex shape include a gear shape in which irregularities are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
前記回転円筒体は、該回転円筒体の中心軸線回りに旋回するベーンを備えている請求項1から4のいずれかに記載のクロスフローファン。 The cross-flow fan according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotating cylinder includes a vane that swivels around the central axis of the rotating cylinder.
回転円筒体の中心軸線回りに旋回するベーンを設けることで、外周面の流体を掻き取ることができる。これにより、循環渦の強さを増大させることができる。 By providing a vane that swivels around the central axis of the rotating cylinder, the fluid on the outer peripheral surface can be scraped off. This makes it possible to increase the strength of the circulating vortex.
本開示の一態様に係る揚力発生装置は、本体外表面を流れる流れを吸い込む位置に設けられた上記のいずれかに記載のクロスフローファン(3)を備えている。 The lift generator according to one aspect of the present disclosure includes the cross-flow fan (3) according to any one of the above, which is provided at a position where the flow flowing through the outer surface of the main body is sucked.
クロスフローファンによって本体外表面を流れる流れを吸い込むことによって、本体外表面を流れる流体のはく離を抑制し、揚力特性を向上させることができる。 By sucking the flow flowing on the outer surface of the main body by the cross flow fan, it is possible to suppress the peeling of the fluid flowing on the outer surface of the main body and improve the lift characteristics.
本開示の一態様に係る航空機(1)は、上記の揚力発生装置を備えている。 The aircraft (1) according to one aspect of the present disclosure includes the lift generator described above.
クロスフローファンを用いた揚力発生装置を備えているので、従来のフラップのような揚力発生装置を省略して高揚力を実現することができる。揚力発生装置は、例えば、主翼の後縁部分や、胴体後方部分に設けることができる。
なお、揚力発生装置は、航空機以外に、風車の翼のような空力機械の翼に適用することもでき、また水中翼船の翼のような水力機械の翼に適用することもできる。
Since a lift generator using a cross-flow fan is provided, a high lift can be realized by omitting a lift generator such as a conventional flap. The lift generator can be provided, for example, on the trailing edge portion of the main wing or the rear portion of the fuselage.
In addition to aircraft, the lift generator can be applied to the wings of an aerodynamic machine such as the wings of a windmill, and can also be applied to the wings of a hydraulic machine such as the wings of a hydrofoil.
1 航空機
3 クロスフローファン
5 胴体
7 主翼
7a 前縁フラップ
7b 後縁フラップ
8 水平尾翼
9 垂直尾翼
10 ターボジェットエンジン
12 吸込口
13 排出口
14 壁部
15 ベーン
17 舌部
19 枠体
21 ベーン駆動モータ(ベーン駆動部)
23,23’,23” 円柱体(回転円筒体)
25 円柱体駆動モータ(回転円筒体駆動部)
27 共通駆動モータ(共通駆動部)
28 ギア
30a 凹部
30b 凸部
32 (円柱体用の)ベーン
34 (円柱体用の)円板
C1 (ベーンの)回転軸線
C2 (回転円柱の)中心軸線
F1 主流流れ
R1 (ベーンの)回転方向
R2 (円柱体の)回転方向
V1 循環渦
1
23, 23', 23 "Cylinder (rotary cylinder)
25 Cylindrical drive motor (rotary cylindrical drive unit)
27 Common drive motor (common drive unit)
28
Claims (8)
前記ベーンの外周側に配置された舌部と、
前記ベーンの内周側でかつ前記回転軸線よりも前記舌部側に設けられ、前記回転軸線と平行な中心軸線の回りに回転する回転円筒体と、
前記回転円筒体を、前記回転軸線側を流れる流れに沿う方向に回転させる回転円筒体駆動部と、
を備えているクロスフローファン。 Multiple vanes arranged around the axis of rotation at predetermined intervals in the circumferential direction,
The tongue portion arranged on the outer peripheral side of the vane and
A rotating cylinder provided on the inner peripheral side of the vane and on the tongue side of the rotating axis and rotating around a central axis parallel to the rotating axis.
A rotary cylinder drive unit that rotates the rotary cylinder in a direction along a flow flowing on the rotation axis side, and a rotary cylinder drive unit.
A cross-flow fan that features.
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